Question

在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．該反應(yīng)過(guò)程中的能量變化如圖2所示．
（1）從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

0.225

mol/（L?min）．
（2）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為

K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

．該條件下的平衡常數(shù)K=

5.33

（可用分?jǐn)?shù)表示），溫度升高，K值

減少

（填“增大”“不變”或者“減少”）
（3）如果在達(dá)平衡后某一時(shí)刻保持溫度不變，只改變濃度，使c（CO₂）=1.00mol/L，c（H₂）=0.40mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.80mol/L，則平衡

b

（填寫(xiě)序號(hào)）．
a．向正反應(yīng)方向移動(dòng)    b．向逆反應(yīng)方向移動(dòng)    c．不移動(dòng)    d．無(wú)法確定平衡移動(dòng)方向
（4）下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的是

CD

．
A．升高溫度                B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大
C．將H₂O（g）從體系中分離    D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
（5）在反應(yīng)體系中加入催化劑，E₁和E₂的變化是：E₁

減小

，E₂

減小

（填“增大”“減小、”“不變”）．對(duì)反應(yīng)熱是否有影響？

無(wú)

，原因是

催化劑不能改變反應(yīng)物的總能量與生成物總能量的差值，即反應(yīng)熱不變

．

Answer 1

分析：（1）由圖可知，平衡時(shí)二氧化碳的濃度變化量為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（CO₂），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）；
（2）根據(jù)反應(yīng)方程式和平衡常數(shù)的概念書(shū)寫(xiě)K的表達(dá)式；利用三段式計(jì)算出反應(yīng)混合物各組分的平衡時(shí)的濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，結(jié)合熱效應(yīng)判斷平衡移動(dòng)方向，據(jù)此分析平衡常數(shù)的變化；
（3）計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
（4）為使甲醇與二氧化碳的物質(zhì)的量比值增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，或增加甲醇的物質(zhì)的量；
（5）加入催化劑降低反應(yīng)的活化能，反應(yīng)熱不變；

解答：解：（1）由圖可知，10min到達(dá)平衡時(shí)二氧化碳的濃度變化量為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，
所以v（CO₂）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），
速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，
所以v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min），
故答案為：0.225mol/（L?min）；
（2）已知發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；則平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

，
平衡時(shí)二氧化碳的濃度為0.25mol/L，則：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開(kāi)始（mol/L）：1       3              0          0
變化（mol/L）：0.75    2.25           0.75       0.75
平衡（mol/L）：0.25    0.75           0.75       0.75
故500℃平衡常數(shù)k=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33，
該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，平衡常數(shù)k值減少，
故答案為：K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

；5.33，減少；
（3）只改變濃度，使c（CO₂）=1.00mol/L，c（H₂）=0.40mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.80mol/L，
則此時(shí)Qc=

0.8×0.8

1×0．43

=10＞K，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故選b，
故答案為：b；
（4）a、升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇與二氧化碳的物質(zhì)的量比值減小，故a錯(cuò)誤；
b、充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但對(duì)反應(yīng)物質(zhì)沒(méi)有影響，平衡不移動(dòng)，二者比值不變，故b錯(cuò)誤；
c、將H₂O（g）從體系中分離，生成物的濃度減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，二者比值變大，故c正確；
d、再充入1mol CO₂和3mol H₂反應(yīng)容器內(nèi)壓強(qiáng)增大，平衡狀態(tài)與原平衡比較，要向正方向移動(dòng)，甲醇濃度增大，二者比值增大，故d正確．
故答案為：cd；
（5）加入催化劑降低反應(yīng)的活化能，所以E₁和E₂都減小，催化劑不能改變反應(yīng)物的總能量與生成物總能量的差值，即反應(yīng)熱不變，
故答案為：減小；減小；無(wú)；催化劑不能改變反應(yīng)物的總能量與生成物總能量的差值，即反應(yīng)熱不變．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算，催化劑對(duì)活化能和反應(yīng)熱的影響，本題難度不大，做題時(shí)注意平衡常數(shù)的計(jì)算和應(yīng)用．